In sostanza, la macchina utensile è uno strumento per la macchina per guidare il percorso dell'utensile, non tramite una guida manuale diretta, come gli strumenti manuali e quasi tutti gli strumenti umani, fino a quando le persone non hanno inventato la macchina utensile.
Il controllo numerico (NC) si riferisce all'uso della logica programmabile (dati sotto forma di lettere, numeri, simboli, parole o combinazioni) per controllare automaticamente gli utensili di lavorazione.Prima che apparisse, gli strumenti di lavorazione erano sempre controllati da operatori manuali.
Il controllo numerico computerizzato (CNC) si riferisce all'invio di istruzioni accuratamente codificate al microprocessore nel sistema di controllo dell'utensile di lavorazione, in modo da migliorare l'accuratezza e la coerenza.I CNC di cui si parla oggi quasi tutti si riferiscono a fresatrici collegate a computer.Tecnicamente può essere usato per descrivere qualsiasi macchina controllata da un computer.
Nel secolo scorso, molte invenzioni hanno gettato le basi per lo sviluppo delle macchine utensili a controllo numerico.Qui, esaminiamo quattro elementi di base dello sviluppo della tecnologia del controllo numerico: le prime macchine utensili, le schede perforate, i servomeccanismi e il linguaggio di programmazione degli strumenti di programmazione automatica (APT).
Le prime macchine utensili
Durante la seconda rivoluzione industriale in Gran Bretagna, James Watt è stato elogiato per aver creato il motore a vapore che ha alimentato la rivoluzione industriale, ma ha incontrato difficoltà nella produzione della precisione dei cilindri dei motori a vapore fino al 1775, John Johnwilkinson ha creato quella che è conosciuta come la prima macchina utensile al mondo per noiosi cilindri del motore a vapore ed è stato risolto.Questa macchina alesatrice è stata progettata anche da Wilkinson sulla base del suo cannone originale;
Scheda perforata
Nel 1725 Basile Bouchon, un operaio tessile francese, inventò un metodo per controllare i telai utilizzando dati codificati su nastri di carta attraverso una serie di fori.Sebbene sia innovativo, anche lo svantaggio di questo metodo è evidente, ovvero necessita ancora di operatori.Nel 1805, Joseph Marie jacquard adottò questo concetto, ma fu rafforzato e semplificato utilizzando carte perforate più forti disposte in sequenza, automatizzando così il processo.Queste schede perforate sono ampiamente considerate la base dell'informatica moderna e segnano la fine dell'industria dell'artigianato domestico nella tessitura.
È interessante notare che i telai jacquard erano contrastati dai tessitori di seta in quel momento, preoccupati che questa automazione li avrebbe privati del loro lavoro e dei loro mezzi di sussistenza.Hanno bruciato ripetutamente i telai messi in produzione;Tuttavia, la loro resistenza si è rivelata vana, perché l'industria ha riconosciuto i vantaggi dei telai automatizzati.Nel 1812 in Francia erano in uso 11000 telai jacquard.
Le schede perforate si svilupparono alla fine del 1800 e trovarono molti usi, dal telegrafo al pianoforte automatico.Sebbene il controllo meccanico sia stato deciso dalle prime carte, l'inventore americano Herman Hollerith ha creato un tabulatore di schede perforate elettromeccanico, che ha cambiato le regole del gioco.Il suo sistema fu brevettato nel 1889, quando lavorava per l'US Census Bureau.
Herman Hollerith fondò la società di tabulatori nel 1896 e si fuse con altre quattro società per fondare IBM nel 1924. Nella seconda metà del 20° secolo, le schede perforate furono utilizzate per la prima volta per l'immissione e l'archiviazione di dati di computer e macchine a controllo numerico.Il formato originale ha cinque file di fori, mentre le versioni successive hanno sei, sette, otto o più file.
Servomeccanismo
Il servomeccanismo è un dispositivo automatico che utilizza il feedback induttivo dell'errore per correggere le prestazioni della macchina o del meccanismo.In alcuni casi, il servo consente di controllare i dispositivi ad alta potenza da dispositivi con una potenza molto inferiore.Il servomeccanismo è composto da un dispositivo controllato, un altro dispositivo che fornisce comandi, uno strumento di rilevamento degli errori, un amplificatore del segnale di errore e un dispositivo (servomotore) che corregge gli errori.I servosistemi sono solitamente utilizzati per controllare variabili come posizione e velocità, e i più comuni sono elettrici, pneumatici o idraulici.
Il primo servomeccanismo elettrico fu fondato da H. calendar in Gran Bretagna nel 1896. Nel 1940, il MIT creò uno speciale laboratorio di servomeccanismo, che ebbe origine dalla crescente attenzione del Dipartimento di ingegneria elettrica a questo argomento.Nella lavorazione CNC, il servosistema è molto importante per ottenere la precisione di tolleranza richiesta dal processo di lavorazione automatica.
Strumento di programmazione automatica (APT)
Lo strumento di programmazione automatica (APT) è nato nel laboratorio del servomeccanismo del Massachusetts Institute of Technology nel 1956. È un risultato creativo del gruppo di applicazioni informatiche.È un linguaggio di programmazione di alto livello facile da usare, utilizzato specialmente per generare istruzioni per macchine utensili CNC.La versione originale era precedente a FORTRAN, ma le versioni successive furono riscritte con Fortran.
Apt è un linguaggio creato per funzionare con la prima macchina NC del MIT, che è la prima macchina NC al mondo.Successivamente ha continuato a diventare lo standard per la programmazione di macchine utensili controllate da computer ed è stato ampiamente utilizzato negli anni '70.Successivamente, lo sviluppo di apt è stato sponsorizzato dall'aviazione e alla fine è stato aperto al settore civile.
Douglas T. Ross, il capo del gruppo di applicazioni per computer, è conosciuto come il padre di apt.In seguito ha coniato il termine “computer aided design” (CAD).
La nascita del controllo numerico
Prima dell'emergere delle macchine utensili a controllo numerico, il primo è lo sviluppo di macchine utensili a controllo numerico e le prime macchine utensili a controllo numerico.Sebbene ci siano alcune differenze nelle diverse descrizioni dei dettagli storici, la prima macchina utensile CNC non è solo una risposta alle specifiche sfide di produzione affrontate dai militari, ma anche uno sviluppo naturale del sistema di schede perforate.
"Il controllo digitale segna l'inizio della seconda rivoluzione industriale e l'arrivo dell'era scientifica in cui il controllo di macchine e processi industriali cambierà da bozze imprecise a quelle accurate".– Associazione degli ingegneri di produzione.
L'inventore americano John T. Parsons (1913 – 2007) è ampiamente considerato il padre del controllo numerico.Ha ideato e implementato la tecnologia del controllo numerico con l'aiuto dell'ingegnere aeronautico Frank L. stulen.Come figlio di un produttore nel Michigan, Parsons ha iniziato a lavorare come assemblatore nella fabbrica di suo padre all'età di 14 anni. Successivamente, ha posseduto e gestito numerosi stabilimenti di produzione sotto l'azienda di famiglia Parsons.
Parsons ha il primo brevetto NC ed è stato selezionato nella National Inventors Hall of fame per il suo lavoro pionieristico nel campo del controllo numerico.Parsons ha un totale di 15 brevetti e altri 35 sono concessi alla sua impresa.La società degli ingegneri di produzione ha intervistato Parsons nel 2001 per far conoscere a tutti la sua storia dal suo punto di vista.
Programma NC in anticipo
1942:John T. Parsons è stato subappaltato da Sikorsky Aircraft per la produzione di pale del rotore di elicotteri.
1944:a causa del difetto di progettazione della trave alare, una delle prime 18 pale che hanno prodotto si è guastata, provocando la morte del pilota.L'idea di Parsons è quella di perforare la pala del rotore con del metallo per renderla più forte e sostituire la colla e le viti per fissare l'assieme.
1946:le persone volevano creare uno strumento di produzione per produrre accuratamente lame, che era una sfida enorme e complessa per le condizioni in quel momento.Pertanto, Parsons assunse l'ingegnere aeronautico Frank stulen e formò un team di ingegneri con altre tre persone.Stulen ha pensato di utilizzare schede perforate IBM per determinare il livello di stress sulla lama e hanno noleggiato sette macchine IBM per il progetto.
Nel 1948, l'obiettivo di modificare facilmente la sequenza di movimento delle macchine utensili automatiche è stato raggiunto in due modi principali – rispetto alla semplice impostazione di una sequenza di movimento fissa – e viene eseguito in due modi principali: controllo tracciante e controllo digitale.Come possiamo vedere, il primo deve realizzare un modello fisico dell'oggetto (o almeno un disegno completo, come il telefono idroelettrico tracciatore di cavi di Cincinnati).Il secondo non è completare l'immagine dell'oggetto o della parte, ma solo astrarre: modelli matematici e istruzioni della macchina.
1949:l'aviazione americana ha bisogno dell'aiuto di una struttura alare ultra precisa.Parsons ha venduto la sua macchina CNC e ha vinto un contratto del valore di $ 200000 per trasformarla in realtà.
1949:Parsons e Stulen hanno lavorato con Snyder machine & tool Corp. per sviluppare macchine e hanno capito che avevano bisogno di servomotori per far funzionare le macchine con precisione.Parsons ha subappaltato il servosistema della "fresatrice card-a-matic" al laboratorio del servomeccanismo del Massachusetts Institute of Technology.
1952 (maggio): Parsons presenta domanda di brevetto per “dispositivo di comando motore per macchine utensili di posizionamento”.Ha concesso il brevetto nel 1958.
1952 (agosto):in risposta, il MIT ha chiesto un brevetto per "servosistema a controllo numerico".
Dopo la seconda guerra mondiale, la US Air Force ha firmato diversi contratti con Parsons per sviluppare ulteriormente l'innovazione di lavorazione a controllo numerico realizzata dal suo fondatore John Parsons.Parsons era interessato agli esperimenti in corso nel laboratorio di servomeccanismi del MIT e propose che il MIT diventasse un subappaltatore di progetti nel 1949 per fornire esperienza nel controllo automatico.Nei successivi 10 anni, il MIT ha ottenuto il controllo dell'intero progetto, perché la visione del "controllo del percorso continuo a tre assi" del servolaboratorio ha sostituito il concetto originale di Parsons di "posizionamento del taglio nel taglio".I problemi modellano sempre la tecnologia, ma questa storia speciale registrata dallo storico David nobile è diventata un'importante pietra miliare nella storia della tecnologia.
1952:Il MIT ha dimostrato il suo sistema a cinghia perforata a 7 binari, che è complesso e costoso (250 tubi a vuoto, 175 relè, in cinque armadi delle dimensioni di un frigorifero).
La fresatrice CNC originale del MIT nel 1952 era hydro Tel, un'azienda di fresatrici Cincinnati a 3 assi modificata.
Ci sono sette articoli sulla "macchina autoregolante, che rappresenta una rivoluzione scientifica e tecnologica che modellerà efficacemente il futuro dell'umanità" nella rivista "controllo automatico" di Scientific American nel settembre 1952.
1955:I controlli Concord (composti da membri del team originale del MIT) hanno creato numericard, che ha sostituito il nastro perforato sulle macchine MIT NC con il lettore di nastri sviluppato da GE.
Archiviazione su nastro
1958:Parsons ha ottenuto il brevetto statunitense 2820187 e ha venduto la licenza esclusiva a Bendix.IBM, Fujitsu e General Electric hanno ottenuto sottolicenze dopo aver iniziato a sviluppare le proprie macchine.
1958:Il MIT ha pubblicato un rapporto sull'economia NC, che concludeva che l'attuale macchina NC non faceva davvero risparmiare tempo, ma trasferiva la forza lavoro dall'officina della fabbrica alle persone che producevano cinghie perforate.
Tempo di pubblicazione: 19-luglio-2022